سنخبرك اليوم عن مستوى طاقة الذرة ، عندما يواجه الشخص هذا المفهوم ، وأين يتم تطبيقه.
فيزياء المدرسة
يواجه الناس العلوم لأول مرة في المدرسة. وإذا كان الأطفال في السنة السابعة من الدراسة لا يزالون يجدون معرفة جديدة في علم الأحياء والكيمياء مثيرة للاهتمام ، فإنهم يبدأون في الخوف في الصفوف العليا. عندما يأتي دور الفيزياء الذرية ، فإن الدروس في هذا التخصص تثير الاشمئزاز فقط من المهام غير المفهومة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن جميع الاكتشافات التي تحولت الآن إلى مواد مدرسية مملة لها تاريخ غير تافه وترسانة كاملة من التطبيقات المفيدة. إن اكتشاف كيفية عمل العالم يشبه فتح صندوق به شيء مثير للاهتمام بداخله: فأنت تريد دائمًا العثور على حجرة سرية والعثور على كنز آخر هناك. اليوم سنتحدث عن أحد المفاهيم الأساسية للفيزياء الذرية ، وهي بنية المادة.
غير قابل للتجزئة ، مركب ، الكم
من اللغة اليونانية القديمة ، تُرجمت كلمة "atom" على أنها "أصغر ، غير قابلة للتجزئة". هذا الرأي هو نتيجة لتاريخ العلم. اعتقد بعض الإغريق والهنود القدماء أن كل شيء في العالم يتكون من جزيئات صغيرة.
في التاريخ الحديث ، أجريت التجارب في الكيمياء في وقت أبكر بكثير من التجارب الفيزيائيةابحاث. عمل العلماء في القرنين السابع عشر والثامن عشر بشكل أساسي على زيادة القوة العسكرية لدولة أو ملك أو دوق. ومن أجل صنع المتفجرات والبارود ، كان من الضروري فهم مكوناتها. نتيجة لذلك ، وجد الباحثون أنه لا يمكن فصل بعض العناصر عن مستوى معين. هذا يعني أن هناك أصغر ناقلات للخصائص الكيميائية.
لكنهم كانوا مخطئين. تبين أن الذرة عبارة عن جسيم مركب ، وقدرتها على التغيير ذات طبيعة كمومية. يتضح هذا من خلال انتقالات مستويات الطاقة في الذرة.
إيجابي و سلبي
في نهاية القرن التاسع عشر ، اقترب العلماء من دراسة أصغر جسيمات المادة. على سبيل المثال ، كان من الواضح أن الذرة تحتوي على مكونات موجبة وسالبة الشحنة. لكن بنية الذرة لم تكن معروفة: الترتيب والتفاعل ونسبة وزن عناصرها بقي لغزا.
أجرى رذرفورد تجربة على تشتت جسيمات ألفا بواسطة رقائق الذهب الرقيقة. وجد أنه في وسط الذرات توجد عناصر موجبة ثقيلة ، بينما توجد عناصر سلبية خفيفة جدًا عند الحواف. هذا يعني أن ناقلات الشحنات المختلفة عبارة عن جسيمات لا تتشابه مع بعضها البعض. هذا يفسر شحنة الذرات: يمكن إضافة عنصر إليها أو إزالته. تم كسر التوازن الذي أبقى النظام بأكمله محايدًا ، واكتسبت الذرة شحنة.
إلكترونات ، بروتونات ، نيوترونات
اتضح لاحقًا: الجسيمات السالبة للضوء هي إلكترونات ، وتتكون نواة موجبة ثقيلة مننوعان من النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات). اختلفت البروتونات عن النيوترونات فقط في أن الأولى كانت ثقيلة الشحنة موجبة الشحنة ، بينما كانت للأخيرة كتلة فقط. من الصعب تغيير تكوين وشحنة النواة: فهي تتطلب طاقات لا تصدق. لكن من الأسهل بكثير تقسيم الذرة على الإلكترون. هناك المزيد من الذرات الكهربية ، والتي من المرجح أن "تزيل" إلكترونًا ، وعدد أقل من الذرات الكهربية ، والتي من المرجح أن "تتخلص منها". هذه هي الطريقة التي تتشكل بها شحنة الذرة: إذا كان هناك فائض من الإلكترونات فهي سالبة ، وإذا كان هناك نقص فهي موجبة.
عمر طويل للكون
لكن هذا الهيكل للذرة حير العلماء. وفقًا للفيزياء الكلاسيكية التي كانت سائدة في ذلك الوقت ، كان على الإلكترون ، الذي كان يتحرك باستمرار حول النواة ، أن يشع باستمرار الموجات الكهرومغناطيسية. نظرًا لأن هذه العملية تعني فقدان الطاقة ، فستفقد جميع الجسيمات السالبة سرعتها قريبًا وتسقط على النواة. ومع ذلك ، فإن الكون موجود لفترة طويلة جدًا ، ولم تحدث الكارثة العالمية بعد. كانت مفارقة المادة القديمة تختمر.
مسلمات بوهر
يمكن لمسلمات بوهر أن تفسر التناقض. ثم كانت مجرد تأكيدات ، تقفز إلى المجهول ، والتي لم تكن مدعومة بالحسابات أو النظرية. وفقًا للمسلمات ، كانت هناك مستويات طاقة للإلكترونات في الذرة. يمكن أن يكون كل جسيم سالب الشحنة عند هذه المستويات فقط. يتم الانتقال بين المدارات (ما يسمى بالمستويات) عن طريق قفزة ، بينما يتم إطلاق أو امتصاص كمية من الطاقة الكهرومغناطيسية.الطاقة.
لاحقًا ، أوضح اكتشاف بلانك للكم سلوك الإلكترونات.
ضوء وذرة
تعتمد كمية الطاقة المطلوبة للانتقال على المسافة بين مستويات طاقة الذرة. كلما ابتعدوا عن بعضهم البعض ، زاد الكم المنبعث أو الممتص.
كما تعلم ، الضوء هو مقدار المجال الكهرومغناطيسي. وهكذا ، عندما يتحرك إلكترون في ذرة من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى ، فإنه يخلق الضوء. في هذه الحالة ، ينطبق القانون العكسي أيضًا: عندما تسقط موجة كهرومغناطيسية على جسم ما ، فإنها تثير إلكتروناتها ، وتتحرك إلى مدار أعلى.
بالإضافة إلى ذلك ، تكون مستويات طاقة الذرة فردية لكل نوع من أنواع العناصر الكيميائية. يختلف نمط المسافات بين المدارات بالنسبة للهيدروجين والذهب والتنغستن والنحاس والبروم والكبريت. لذلك ، فإن تحليل أطياف الانبعاث لأي جسم (بما في ذلك النجوم) يحدد بشكل لا لبس فيه المواد والكمية الموجودة فيه.
تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع بشكل لا يصدق. تحليل الطيف المستخدم:
- في الطب الشرعي ؛
- في مراقبة جودة الغذاء والماء ؛
- في انتاج السلع
- في إنشاء مواد جديدة ؛
- في تحسين التكنولوجيا
- في التجارب العلمية ؛
- في استكشاف النجوم
توضح هذه القائمة بشكل تقريبي مدى فائدة اكتشاف المستويات الإلكترونية في الذرة. المستويات الإلكترونية هي الأقسى والأكبر. هناك أصغراهتزازي ، ومستويات دوران أكثر دقة. لكنها ذات صلة فقط بالمركبات المعقدة - الجزيئات والمواد الصلبة.
يجب القول أن بنية النواة لم يتم استكشافها بالكامل بعد. على سبيل المثال ، لا توجد إجابة لسؤال لماذا يتوافق هذا العدد من النيوترونات مع عدد معين من البروتونات. يقترح العلماء أن النواة الذرية تحتوي أيضًا على بعض المستويات التناظرية الإلكترونية. ومع ذلك ، هذا لم يتم إثباته بعد.
